CN109389684B - 缝洞型油藏分区域变重介质等效的数值模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缝洞型油藏分区域变重介质等效的数值模拟方法，通过建立地质模型并对地质模型划分网格，根据建立的地质模型进行孔渗属性的融合，分区域地选择介质等效的重数。本发明的方法即利用了地质建模的结果，又完成了分区域变重介质等效，实现油田级尺度的缝洞模拟；能够根据区域的实际情况来选择该区域的介质等效重数，很好地解决了模拟区域统一介质重数所带来的渗透率级差大而导致数值模拟器无法收敛或收敛时所用的时间步长很小，计算时间过长的技术问题。

Description

缝洞型油藏分区域变重介质等效的数值模拟方法

技术领域

本发明属于油气田开发领域，尤其涉及一种缝洞型油藏分区域变重介质等效的数值模拟方法。

背景技术

目前缝洞型油藏的数值模拟方法主要有两类，一类基于离散缝洞网络模型的方法，将基质岩块和裂缝***为渗流区域，溶洞***为自由流区域，建立耦合数学模型,刻画出了渗流—自由流耦合流动特征，例如，基于体积平均法通过两次尺度升级推导建立了渗流—自由流相耦合的两相流数学模型，基于离散缝洞网络模型创建了一套介质等效流动模拟理论和方法以适用于油田级大尺度的流动模拟研究。一类是基于多重介质概念的方法,将裂缝溶洞介质等效成单重、双重或三重的连续介质，例如，以渗流力学理论为基础，建立了碳酸盐岩三重介质油藏的渗流模型，并编写了三重介质数值模拟软件。

这两种模拟方法各有优缺点，离散缝洞网络模型虽然在一定程度上比较真实的描述了缝洞的地质分布特征及其对流体流动的影响，但是由于其缝洞的数据量巨大，使得数值模拟的计算量惊人，因此用于三维实体油藏的模拟时，仍需在离散缝洞网络模型的基础上寻求等效的方式。目前的等效模拟方法则假设裂缝、溶洞高度发达，均匀分布，缝洞尺度不能过大，在常规商业软件中所采用的等效模拟方法最大的缺陷是模拟区域所等效的重数是统一设定的，这一重数运用于整个所模拟的区域。

对于介质组合类型多样的缝洞型油藏，即存在具有孔缝双重介质特点的区域，又存在孔缝洞三重介质特点的区域，还可能存在单独的裂缝或溶洞介质，导致难以用统一的特定重数的多重介质来等效。例如一个只有溶孔发育的区域和一个裂缝溶孔均较发育的区域，常规商业软件只能借助整体的双重介质模型来模拟，而溶孔发育区则必须用极小的裂缝渗透率来近似，这会带来渗透率级差太大而导致数值模拟器无法收敛或收敛时所用的时间步长很小，计算时间过长。

发明内容

为解决上述现有技术中统一设置模拟区域的重数所带来的渗透率级差大而导致数值模拟器无法收敛或收敛时所用的时间步长很小，计算时间过长技术问题，本发明提供一种油缝洞型油藏分区域变重介质等效的数值模拟方法，具体方案如下：

一种缝洞型油藏分区域变重介质等效的数值模拟方法，建立地质模型并对地质模型划分网格，根据建立的地质模型进行孔渗属性的融合，分区域地选择介质等效的重数。

优选的，选出缝洞型油藏中的大溶洞区域和大裂缝区域，缝洞型油藏中除大溶洞区域和大裂缝区域外的其他区域根据介质发育情况选择介质等效的重数。

优选的，所述大溶洞区域为只含有直径大于1米的大溶洞介质的区域，所述大裂缝区域为只含有裂缝片开度大于0.1mm的大裂缝介质的区域。

优选的，在除大溶洞区域和大裂缝区域外的缝洞型油藏的其他区域中选取只发育裂缝、溶洞和溶孔中任意单一介质的区域为单重介质等效区域；

在除大溶洞区域和大裂缝区域外的缝洞型油藏的其他区域中选取只同时发育裂缝和溶洞的区域以及只同时发育裂缝和溶孔的区域为双重介质等效区域；

在除大溶洞区域和大裂缝区域外的缝洞型油藏的其他区域中选取只同时发育裂缝、溶洞和溶孔的区域为三重介质等效区域。

优选的，相邻网格间通过控制全局流动的介质相连以确定该相邻网格间的连接关系。

优选的，双重介质等效区域和三重介质等效区域的网格，其控制全局流动的介质为裂缝；

单重介质等效区域、大溶洞区域和大裂缝区域的网格，其控制全局流动的介质为该区域内的介质本身。

优选的，根据相邻网格间的连接关系，利用有限体积法计算该相邻网格间的流动关系。

优选的，在计算相邻网格间的流动关系过程中，通过如下公式计算流度：

其中，k_rβ是β相的相对渗透率，ρ_β为β相的密度，μ_β为β相的粘度，下标ij+1/2表示括号内用于计算的属性参数皆取相邻网格i和网格j属性参数的加权平均值；

通过如下公式计算传导系数：

其中，

为相邻网格i和网格j的绝对渗透率的加权平均值，A_ij为相邻网格i和网格j的接触面积。d_i，d_j分别为相邻网格i和网格j各自的中心点到网格接触面的距离；

绝对渗透率的加权平均值的计算公式如下：

其中K_i为网格i的绝对渗透率，K_j为网格j的绝对渗透率。

优选的，网格内多重介质间采用拟稳态窜流来控制传导，网格间采用渗流控制全局流动。

优选的，采用分类建模法建立地质模型。

与现有技术相比，本发明提供一种缝洞型油藏分区域变重介质等效的数值模拟方法，通过建立地质模型并对地质模型划分网格，根据建立的地质模型进行孔渗属性的融合，分区域地选择介质等效的重数。本发明的方法即利用了地质建模的结果，又完成了分区域变重介质等效，实现油田级尺度的缝洞模拟；能够根据区域的实际情况来选择该区域的介质等效重数，很好地解决了模拟区域统一介质重数所带来的渗透率差大而导致数值模拟器无法收敛或收敛时所用的时间步长很小，计算时间过长的技术问题。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明实施例的方法流程图；

图2为本发明实施例中某缝洞型油藏变重介质等效的区域分布示意图；

图3a- 图 3b 为本发明实施例中某缝洞型油藏边界网格连接关系示意图；

图4a- 图 4b 为本发明实施例中某缝洞型油藏相邻网格间的流动关系及相关参数示意图；

图5为本发明实施例中进行数值模拟的某油藏注入井和生产井的分布及变重介质等效区域分布图；

图6为本发明实施例中变重介质等效数值模拟所得到的四口生产井的产油、产水曲线对比图，其中图6a为产油曲线对比图，图6b为产水曲线对比图。

在附图中，相同的部件采用相同的附图标记，附图并未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明。

本实施例提供一种缝洞型油藏分区域变重介质等效的数值模拟方法，通过建立地质模型并对地质模型划分网格，根据建立的地质模型进行孔渗属性的融合，分区域地选择介质等效的重数。本发明的方法即利用了地质建模的结果，又完成了分区域变重介质等效，实现油田级尺度的缝洞模拟；能够根据区域的实际情况来选择该区域的介质等效重数，很好地解决了模拟区域统一介质重数所带来的渗透率级差大而导致数值模拟器无法收敛或收敛时所用的时间步长很小，计算时间过长的技术问题。

图1示出了本实施例的方法流程图，针对需要进行数值模拟的缝洞型油藏建立地质模型，优选的，本实施例采用的地质建模方法为分类建模法，该方法为本领域现有的成熟建模方法，利用该方法可得到较为精准的地质模型。对建立好的地质模型划分网格，优选的，本实施例中采用非结构网格。网格内多重介质间采用拟稳态窜流来控制传导，网格间采用渗流控制全局流动。在需要进行数值模拟的缝洞型油藏中选取大溶洞区域和大裂缝区域，本实施例中优选的大溶洞区域为只含有直径大于1米的大溶洞介质的区域，所述大裂缝区域为只含有裂缝片开度大于0.1mm的大裂缝介质的区域。由于大溶洞区域和大裂缝区域中的介质尺寸较大，在计算该区域内网格间的流动关系时需考虑另外一些有别于其他区域的参数的影响，该区域内也不需要进行等效处理。缝洞型油藏中除大溶洞区域和大裂缝区域外的其他区域则不同，该其他区域内的溶洞和裂缝的尺寸相对较小，甚至还有尺寸极小的溶洞，这些尺寸极小的溶洞称之为溶孔，对于溶孔的划分，本领域具有通用的划分标准。本实施例中，用于变重介质等效的溶洞介质是指直径在1米以下的且不落入溶孔尺寸范围内的溶洞，用于变重介质等效的裂缝介质是指裂缝片开度在 0.1mm以下的裂缝。等效处理就是在缝洞型油藏中除大溶洞区域和大裂缝区域外的其他区域进行。故而先将需要进行数值模拟的缝洞型油藏中的大溶洞区域和大裂缝区域选出，再对除此之外的其他区域进行变重介质等效，分区域的选择介质等效的重数，从而使数值模拟结果更接近于实际情况。上述大溶洞区域和大裂缝区域中任一区域内部网格间的流动关系的建立对于本领域的技术人员来说是成熟的现有技术，此处不再详述。本实施例中所提到的介质等效的重数就是指的对某一区域进行等效处理时所采用的介质种类的数量，在对大溶洞区域和大裂缝区域外的其他区域做等效处理时，其中某一区域只发育溶洞这一种介质，则该区域为单重介质等效区域，通过溶洞介质进行等效处理。同理，某一区域只发育裂缝这一种介质，则该区域为单重介质等效区域，通过裂缝介质进行等效处理；某一区域只发育溶孔这一种介质，则该区域为单重介质等效区域，通过溶孔介质进行等效处理。当某一区域只同时发育裂缝和溶洞这两种介质，则该区域为双重介质等效区域，通过裂缝介质和溶洞介质共同进行等效处理；某一区域只同时发育裂缝和溶孔这两种介质，则该区域为双重介质等效区域，通过裂缝介质和溶孔介质共同进行等效处理；双重介质等效区域中不存在只同时发育溶洞和溶孔这两种介质的情况。当某一区域只同时发育裂缝和溶洞和溶孔这三种介质，则该区域为三重介质等效区域，通过裂缝介质、溶洞介质和溶孔介质共同进行等效处理。本实施例中，根据介质发育情况所确定的单重介质等效区域，双重介质等效区域和三重介质等效区域均称之为变重介质等效区域。图2示出了某缝洞型油藏中的变重介质等效区域分布，如图2所示，其中区域1为溶洞、溶孔和裂缝三重介质等效区域，区域2为裂缝单重介质等效区域，区域3为裂缝和溶孔双重介质等效区域，区域4为裂缝和溶洞双重介质等效区域，区域5为溶洞单重介质等效区域。溶洞、溶孔和裂缝、大溶洞、大裂缝，这五种介质在数值模拟中均通过孔隙度和渗透率来表征，不同的介质对应了不同的孔隙度范围和渗透率范围，不同的介质对应的渗透率级差较大。单重介质等效区域，其任一网格的介质通过该介质的孔隙度和渗透率等效表征，例如，溶洞单重介质区域的任一网格的介质通过溶洞孔隙度和渗透率等效表征，其余类似。多重介质等效区域的任一网格的介质通过不同介质的孔隙度和渗透率共同等效表征，例如，溶洞、溶孔和裂缝同时存在的三重介质区域的任一网格的介质通过溶洞的孔隙度和渗透率、溶孔的孔隙度和渗透率以及裂缝的孔隙度和渗透率共同等效表征。大溶洞区域的网格采用大溶洞介质的孔隙度和渗透率表征，大裂缝区域的网格采用大裂缝介质的孔隙度和渗透率表征。对比表1中各介质的渗透率可看出，不同介质间的渗透率均不在同一个数量级，且级差较大。在表1所示的实施例中，裂缝渗透率是溶洞渗透率的10倍，溶洞渗透率是溶孔渗透率的9倍左右。

分区域选定介质等效的重数后，着手建立相邻网格间的连接关系，相邻网格间通过控制全局流动的介质相连以确定该相邻网格间的连接关系。优选的，双重介质等效区域和三重介质等效区域的网格，其控制全局流动的介质为裂缝；单重介质等效区域、大溶洞区域和大裂缝区域的网格，其控制全局流动的介质为该区域内的介质本身。具体地，溶洞单重介质等效区域的网格控制全局流动的介质为溶洞；裂缝单重介质等效区域的网格控制全局流动的介质为裂缝；溶孔单重介质等效区域的网格控制全局流动的介质为溶孔；大溶洞区域的网格控制全局流动的介质为大溶洞介质；大裂缝区域的网格控制全局流动的介质为大裂缝介质；裂缝和溶洞双重介质等效区域的网格控制全局流动的介质为裂缝；裂缝和溶孔双重介质等效区域的网格控制全局流动的介质为裂缝；裂缝、溶洞和溶孔三重介质等效区域的网格控制全局流动的介质为裂缝。现根据上述两相邻网格间的连接原理，结合图3列举网格间连接关系的部分实施例。图3(a)是地质模型中的网格划分图，图3(b)是为了便于表述网格间的连接关系而将模型中的网格平面铺开的示意图，如图3(b) 所示，图中表示溶孔、溶洞和裂缝的单个立方体仅是为了清楚表达网格中与其余网格发生连接关系的介质而画，并不意味着在网格9和网格8内根据介质重数再次细分了2个或3个网格。边界网格是指，两相邻区域分界位置处的网格，图3(a)，图3(b)中网格6为溶孔单重介质等效区域的边界网格，网格9为溶孔和裂缝双重介质等效区域的边界网格，网格6通过控制全局流动的溶孔介质与网格9内控制全局流动的裂缝介质相连，从而实现网格6与网格9的连接；网格8为溶孔、裂缝和溶洞三重介质等效区域的边界网格，网格9通过控制全局流动的裂缝介质与网格8内控制全局流动的裂缝介质相连，从而实现网格9与网格8的连接；网格7为溶洞单重介质等效区域的边界网格，网格8通过控制全局流动的裂缝介质与网格7内控制全局流动的溶洞介质相连，从而实现网格8与网格7的连接。还例如，三重介质等效区域内网格间通过控制全局流动的裂缝介质相连而实现网格间的连接；三重介质等效区域边界网格通过控制全局流动的裂缝介质与大溶洞区域边界网格控制全局流动的大溶洞介质相连而实现网格间的连接；三重介质等效区域边界网格通过控制全局流动的裂缝介质与大裂缝区域边界网格控制全局流动的大裂缝介质相连而实现网格间的连接。流体在大裂缝区域或大溶洞区域内部的流动关系的建立为现有技术，不在本发明讨论范围内。

根据上述方法所确定的任意相邻网格间的连接关系，利用有限体积法计算该相邻网格间的流动关系。任意相邻网格间的流动关系均可通过有限体积法来计算。上文已提到流体大溶洞区域或大裂缝区域的区域内部的流动关系的建立是成熟的现有技术，本实施例仅对除此之外的其他网格间的流动关系进行计算，包括大溶洞或大裂缝区域的边界网格与相邻的变重介质区域的边界网格间的流动关系、变重介质区域内部网格间的流动关系，相邻变重介质区域边界网格间的流动关系。

本实施例所有公式中的n均表示第n时刻，n不得作为某一变量的n次方来解读。本实施例所有公式中i和j分别表示网格i和网格j，网格i和网格j 为相邻网格。

任意相邻网格间的流动方程如下：

式(1)中，

为网格i在待解决的下一时间点，也即n+1时间点的β相的质量，本发明的实施例中β相即流动方程计算所针对的流体，例如计算油在相邻网格间的流动关系，则β相的质量即为油相的质量；

为网格i在当前时间点，也即n时间点的β相的质量，n表示当前时间点；本发明的实施例的公式中上标n和n+1仅表示时间点，不得作为n次方或n+1次方来解读；Vi是网格i的体积；Δt是时间步长；η_i是与网格i相邻的网格j的集合；

为n+1时刻的相邻网格i与网格j之间β相的质量流动项；

为n+1时刻的网格i内β相的源汇项。

对于网格间的达西渗流，式(1)中质量流动项F_β,ij，即任意两个相邻网格i，j 之间的流动关系表示如下：

F_β,ij＝λ_β,ij+1/2γ_ij[ψ_βj-ψ_βi] (2)

式(2)中，λ_β,ij+1/2是β相的流度，γ_ij为传导系数，ψi为网格i的压力势，ψj为网格j的压力势。其中流度的表达式为：

式(3)中，k_rβ是β相的相对渗透率，ρ_β为β相的密度，μ_β为β相的粘度，下标ij+1/2表示括号内用于计算的属性参数皆取相邻网格属性参数的加权平均值。本实施例中相邻网格为网格i和网格j，以参数k_rβ为例，其取值为网格i内β相的相对渗透率和网格j内β相的相对渗透率的加权平均值。式(3) 中括号内其余参数依此类推。

式(2)中传导系数的表达式为：

式(4)中，

为网格i和网格j的绝对渗透率的加权平均值，A_ij为网格i和网格j的接触面积。d_i，d_j分别为网格i和网格j各自的中心点到网格接触面的距离。

网格i和网格j的绝对渗透率的加权平均值

的表达式为：

式(5)中，K_i为网格i的绝对渗透率，K_j为网格j的绝对渗透率。

图4(a)，图4(b)展示网格间的流动关系和及上述建立流动关系过程中计算所用到的部分相关参数。图中x_i，x_j分别为网格i和网格j各自的中心点，其余参数参照上述公式中的解释。

上述内容对任意相邻网格间的流动方程各参数进行了解释。具体地，以油为例，油在任意相邻网格间的流动方程的表达式如下：

φ为孔隙度；S_o为含油饱和度；

是油藏条件下油相的密度；V_i是网格的体积；Δt是时间步长；λ_o是油相的流度；γ_ij为传导系数；ψ_βi、ψ_βi分别为网格i中β相的压力势与网格j中β相的压力势，

为n+1时刻的网格 i内β相的源汇项，η_i是与网格i相邻的网格j的集合；下标ij+1/2的含义参考式 (3)中的解释。

任意相邻网格间水相流动方程表达式，则将式(6)中的油相参数改为相应的水相参数即可。

得到了流体在网格间的流动关系就能对油藏的产油产水情况进行准确的模拟。

图5所示为利用上述实施例所提供的方法对某油藏进行数值模拟，建立地质模型，并对地质模型划分网格，网格数为40*40*5。进行数值模拟的油藏区域采用一注四采井模型，注入井WEL1位于油藏进行数值模拟的正方形区域的中心，四口生产井位于油藏的四角，分别为井WEL2、井WEL3、井WEL4和井WEL5。注入井注入量一定，生产井定井底流压生产。注入井周围根据介质发育情况分作四个区域，分别为裂缝、溶孔双重介质等效区域10、裂缝单重介质等效区域11、裂缝、溶洞双重介质等效区域12和裂缝、溶孔、溶洞三重介质等效区域13。该油藏数值模拟所用的参数如表1所示，该油藏四口生产井的产油曲线和产水曲线的最终数值模拟的结果如图6所示，其中图6a为数值模拟所得的四口生产井的产油曲线对比图，图6b为数值模拟所得的四口生产井的产水曲线对比图。

表1变重介质等效数值模拟计算所用参数

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。尤其是，只要不存在逻辑或结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种缝洞型油藏分区域变重介质等效的数值模拟方法，其特征在于，建立地质模型并对地质模型划分网格，根据建立的地质模型进行孔渗属性的融合，分区域地选择介质等效的重数；选出缝洞型油藏中的大溶洞区域和大裂缝区域，缝洞型油藏中除大溶洞区域和大裂缝区域外的其他区域根据介质发育情况选择介质等效的重数；

在除大溶洞区域和大裂缝区域外的缝洞型油藏的其他区域中选取只发育裂缝、溶洞和溶孔中任意单一介质的区域为单重介质等效区域；

在除大溶洞区域和大裂缝区域外的缝洞型油藏的其他区域中选取只同时发育裂缝和溶洞的区域以及只同时发育裂缝和溶孔的区域为双重介质等效区域；

在除大溶洞区域和大裂缝区域外的缝洞型油藏的其他区域中选取只同时发育裂缝、溶洞和溶孔的区域为三重介质等效区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大溶洞区域为只含有直径大于1米的大溶洞介质的区域，所述大裂缝区域为只含有裂缝片开度大于0.1mm的大裂缝介质的区域。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻网格间通过控制全局流动的介质相连以确定该相邻网格间的连接关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，双重介质等效区域和三重介质等效区域的网格，其控制全局流动的介质为裂缝；

单重介质等效区域、大溶洞区域和大裂缝区域的网格，其控制全局流动的介质为该区域内的介质本身。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据相邻网格间的连接关系，利用有限体积法计算该相邻网格间的流动关系。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在计算相邻网格间的流动关系过程中，通过如下公式计算流度：

其中，k_rβ是β相的相对渗透率，ρ_β为β相的密度，μ_β为β相的粘度，下标ij+1/2表示括号内用于计算的属性参数皆取相邻网格i和网格j属性参数的加权平均值；

通过如下公式计算传导系数：

其中，

为相邻网格i和网格j的绝对渗透率的加权平均值，A_ij为相邻网格i和网格j的接触面积，d_i，d_j分别为相邻网格i和网格j各自的中心点到网格接触面的距离；

绝对渗透率的加权平均值的计算公式如下：

其中K_i为网格i的绝对渗透率，K_j为网格j的绝对渗透率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，网格内多重介质间采用拟稳态窜流来控制传导，网格间采用渗流控制全局流动。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用分类建模法建立地质模型。

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